矿用锂离子电池电源防爆保护技术及标准分析

矿用锂离子电池电源防爆保护技术及标准分析

任高建

中煤科工集团重庆研究院有限公司 重庆 400050

摘要：矿用锂离子电池在矿山运输、开采、照明等方面的应用已经越来越广泛，其高能量密度、长使用寿命、快速充电等优势使其成为矿山动力源的首选。但是，矿用锂离子电池也存在一些安全隐患，例如热失控、过充、过放等问题，容易引发爆炸、火灾等事故，给矿山生产带来极大的安全风险。因此，开发有效的防爆保护技术至关重要。本文将深入分析矿用锂离子电池电源防爆保护技术及标准，以供参考。

关键词：矿用锂离子；电池电源；防爆；保护技术

前言：矿用锂离子电池电源防爆保护技术是指在矿山等易发生爆炸的场所中，对锂离子电池电源进行特殊设计和加工，以提高其安全性能和防爆能力的一系列技术措施。矿山环境中存在着较高的温度、湿度、尘土等问题，同时还有易燃易爆的气体和煤尘等物质。因此，在设计和生产矿山用锂离子电池电源时，必须考虑到这些特殊要求，采用防爆壳体设计和防爆电路设计等技术手段，以保证电池在使用过程中不会出现过压、过流、短路等异常情况，从而确保电池的安全性能。在矿山中，电池的安全管理也是十分重要的。需要对电池进行实时监控，及时发现异常情况，采取相应措施避免事故的发生。

2.矿用锂离子电池热失控原因

2.1电池设计和生产过程中的问题

矿用锂离子电池的正负极材料、隔膜、电解质等关键组件的质量和设计对于电池的性能和安全性至关重要。如果电池设计不合理或者使用的材料质量不良，容易导致电池内部产生短路、过充、过放等异常情况，引发热失控。同时，电池的生产加工过程中，如果没有严格的技术规范和制造工艺，也容易导致电池内部存在缺陷或者电极颗粒过大等问题，引起电池内部局部过热，再加上其他因素的影响，很容易导致电池热失控[1]。

2.2使用过程中的问题

过充和过放是矿用锂离子电池在使用过程中最常见的问题。过充会导致电池内压力过大，而过放则会导致电池内部的化学反应不完全，容易导致电池内部发生反应，产生过热和热失控。矿山环境恶劣，往往会导致矿用锂离子电池在使用过程中面临高温环境。高温会导致电池内部的化学反应加剧，快速消耗电池内部的性能，使电池内部过热，增加了热失控的风险。

2.3维护和管理不当

如果矿用锂离子电池的维护不及时，容易导致电池内部的老化、损坏、失效等问题。这些问题都会影响电池的性能和安全性，增加热失控的风险。矿用锂离子电池的管理不规范也是引发热失控的一个重要因素。例如，不按照规定的使用条件、充电方式、存储方式等使用电池，容易导致电池过充、过放、短路等异常情况，进而引发热失控。

3.矿用锂离子电池电源防爆保护技术及标准分析

3.1电池本身的防爆保护技术

高温是矿用锂离子电池热失控的主要原因之一，因此在电池设计过程中，应该考虑到温度控制技术。例如，在电池内部安装温度传感器，实时监测电池的温度变化，并通过控制电池内部的散热系统，控制电池的温度在安全范围内。过充和过放是矿用锂离子电池安全风险的重要来源。为了控制电池的电压，避免过充和过放，可以采用一些电压控制技术。例如，在电池内部安装电压传感器，实时监测电池的电压变化，并通过控制电池的充放电电路，控制电池的充电和放电状态，保证电池的电压在安全范围内。除了温度控制技术和电压控制技术，电池本身还可以采取一些安全措施来防止爆炸和火灾的发生。例如，电池内部可以采用金属隔膜或者陶瓷隔膜来隔离正负极，防止短路。同时，可以在电池外壳上安装压力释放阀，当电池内部压力过大时，自动释放压力，避免电池爆炸[2]。

3.2充电设备的防爆保护技术

矿用锂离子电池的充电过程中，也存在一些安全隐患。为了保证充电过程的安全性，需要采用一些防爆保护技术。为了避免过充和过放，充电设备需要采用一些充电控制技术。例如，在充电设备内部安装电压、电流传感器，实时监测电池的电压和电流变化，并根据监测结果，自动调整充电电压和充电电流，保证电池的充电状态在安全范围内。为了保证充电过程的安全性，充电设备需要安装一些安全监测技术。例如，在充电设备内部安装温度传感器，实时监测电池的温度变化，并根据监测结果，自动调整充电功率，避免电池过热。同时，在充电设备内部也可以安装电池内阻检测装置，检测电池内部的阻抗变化，发现异常情况时，自动停止充电，保证充电安全[3]。

3.3矿用锂离子电池的使用管理

除了电池本身和充电设备所采用的防爆保护技术外，矿用锂离子电池的使用管理也是防爆保护技术的重要组成部分。为了保证电池的安全性，需要对矿用锂离子电池的使用进行规范化管理。例如，在使用过程中，需要严格遵守使用规程，按照规定的使用条件、充电方式、存储方式等使用电池，避免电池过充、过放、短路等异常情况。为了保证电池的性能和安全性，需要对矿用锂离子电池进行及时维护。例如，定期检查电池的状态，及时更换老化或者损坏的电池，防止电池失效。为了避免误操作和意外伤害的发生，需要对使用矿用锂离子电池的人员进行培训，提高他们的安全意识和防范意识，让他们了解电池的安全性能和使用规范，避免不必要的安全事故。

4.矿用锂离子电池电源标准分析

矿用锂离子电池电源的性能标准主要包括电池的额定容量、额定电压、充电电压、放电电流、循环寿命等指标，以及电池的尺寸和重量等参数。目前，矿用锂离子电池电源的性能标准主要参照电池行业标准，包括GB/T 31484-2015《锂离子电池组规范》等。同时，矿用锂离子电池电源的充电设备标准主要包括充电电压、充电电流、充电方式、充电时间等指标，以及充电设备的安全性能要求。目前，矿用锂离子电池电源的充电设备标准主要参照电池行业标准，包括GB/T 30497-2013《交流充电桩通用技术要求》、GB/T 20234.3-2012《电路保护器及其附件 第3部分：电动车充电设备用保护器》等。

结语：综上所述，矿用锂离子电池防爆保护技术需要从电池本身、充电设备和使用管理三个方面进行考虑和实施。同时，我国的矿用锂离子电池电源标准比较完备，这些标准规范了矿用锂离子电池电源的安全性能和充电设备的安全标准，对提高矿用锂离子电池电源的安全性具有重要意义。但是，由于矿山环境的特殊性，矿用锂离子电池电源存在的安全隐患需要得到进一步的关注和研究，建立更为完备的安全标准和监管制度。

参考文献：

[1]SEE K W,王运鹏,张勇,张能,臧才运. 矿用防爆锂离子电池电源安全设计影响因素研究[J]. 煤炭科学技术,2020,48(11):153-165.

[2]郭长娜. 矿用锂离子蓄电池电源短路保护试验系统[J]. 煤矿安全,2020,51(08):136-139.

[3]汤秀芬,米晨. 后备电源用锂离子电池均衡控制的改进方法[J]. 实验室研究与探索,2020,39(07):41-44.